河南省羅山縣皇城山銀礦床成因探討

陳加偉，駱亞南，張 勇

（河南省地礦局第三地質(zhì)調(diào)查隊，河南 信陽 464000）

1 礦區(qū)及礦床地質(zhì)特征

圖1 皇城山地區(qū)地質(zhì)圖

皇城山銀礦床位于秦嶺褶皺帶東段南支，緊鄰龜山--梅山斷裂帶北側(cè)（圖 1），賦存于穿切白堊系下統(tǒng)陳棚組火山巖系皇城山段底部的巖屑晶屑凝灰?guī)r和下伏的華力西晚期斜長花崗巖的氣孔硅英巖脈中。在礦區(qū)數(shù)十條大小不等的硅英巖脈中，有數(shù)條具銀礦化，目前發(fā)現(xiàn)一號巖脈含有工業(yè)銀礦體。礦體呈不規(guī)則脈狀沿37°方向展布，傾角陡立，平面上東寬西窄，橫向上上大下小，縱向上東深西淺，連續(xù)性較好，局部有分支復(fù)合、尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象。礦體長500m，延深200～305m，平均厚5.44m，銀平均品位365g/t，伴生金平均品位0.48g/t，賤金屬含量小于0.1%（圖2）。

礦石礦物有33種之多，銀礦物主要為輝銀礦，少量金銀礦、自然銀、塊輝鉍鉛銀礦、淡紅銀礦、硫鉍銀礦等， 金屬硫化物小于 5%，主要為黃鐵礦，脈石礦物主要為石英（>90%）。輝銀礦多呈不規(guī)則粒狀(粒徑0.03～0.6 mm)集合體與方鉛礦緊密相連、穿插或交代方鉛礦，或與石英緊密相伴。礦石結(jié)構(gòu)有l(wèi)6種之多，主要為自形、他形粒狀結(jié)構(gòu)，填隙結(jié)構(gòu)、交代(殘余)結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造有 9種之多，主要為細(xì)脈浸染狀構(gòu)造、被膜狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造。礦石類型，按氣孔硅英巖穿切不同圍巖可分為硅英質(zhì)銀礦石、硅質(zhì)銀礦石和凝灰質(zhì)銀礦石三種自然類型。按礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造可分為浸染狀礦石、斑雜狀狀礦石和角礫狀礦石。工業(yè)類型分為含金的黃鐵礦--石英--輝銀礦礦石和含金的褐鐵礦--石英--凝灰物一輝銀礦礦石。礦石氧化物含量：SiO2>85%、Al2O3<3%、(K2O+Na2O)

圖2 皇城山銀礦礦床地質(zhì)圖

2 礦床成因探討

2.1 成礦溫度

圖3 礦床礦石鉛和巖石鉛同位素特征圖

0線礦體頂部一件黃鐵礦的包裹體爆裂溫度為395℃，反映成礦溫度的上限。4線礦體上部 25個石英包裹體均一溫度的平均值為168℃，為成礦溫度的下限。即礦體成礦溫度在 168℃～395℃，屬于低溫?zé)嵋旱V床[2]。

表1 皇城山銀礦床鉛同位素組成特征及與地球各層圈對比表

2.2 成巖成礦物質(zhì)來源

礦區(qū)火山巖巖石的∑REE為106.20～l91.30ppm，LREE/HREE為 3.51～l5.21。變異系數(shù)：δEu為0.40～0.78，銪明顯虧損，表明成巖物質(zhì)主要來自殼幔源。

皇城山銀礦床鉛同位素組成特征及其與地球各層圈對比（表 1）顯示以下兩點(diǎn)：①巖石和礦石鉛同位素組成變化范圍小206Pb/204Pb:16.657～17.253，207Pb/204Pb:15.168～15.439，208Pb/204Pb:37.007～37.760，其均方差和變化系數(shù)均小于 1，表明了礦石鉛的來源單一。②礦石鉛同位素與上地殼鉛同位素組成特征截然不同，表示其銀、鉛等金屬元素來自深源（下地殼、上地幔）；同時礦石鉛與白堊系陳鵬組皇城山段火山巖鉛同位素組成特征對比顯示：兩者的鉛同位素組成極為相似，具同源特征。在Pb207/Pb204-- Pb206/Pb204圖解上（圖3），投影點(diǎn)落在地幔線兩側(cè)，在我國東

部巖漿熱液型金礦床礦石鉛的范圍內(nèi)，都進(jìn)一步支持了本銀礦床的火山熱液成因；礦床和巖石大體形成于同一時期。測得礦石中黃鐵礦、方鉛礦的硫同位素組成δ34S數(shù)值為-11.7‰～-22.0‰，低于礦床溶液的總硫同位素組成（δ34S∑S0～-10‰），顯示出明顯的重硫虧損。其合理解釋為熱液體系中大氣水比例的增高造成氧化型S比例增加，從而導(dǎo)致硫同位素的分餾，金屬硫化物相對富集輕硫而虧損34S，而與黃鐵礦共生的重晶石則富集重硫。溫度越低這種分異程度越大。因此，皇城山金屬硫化物較強(qiáng)34S的虧損反映在低溫條件下不同氧化還原狀態(tài)硫同位素強(qiáng)烈分餾的結(jié)果。這種較強(qiáng)的硫同位素分餾與近地表環(huán)境相對較高的 fO2有關(guān)。所以銀礦床中的硫主要來自火山巖巖漿熱液和原生雨水。測得礦體圍巖凝灰?guī)r中脈狀方解石的碳同位素組成數(shù)值（13C-1.03‰）與溶液的總碳同位素組成數(shù)值相當(dāng)，表明本礦床的碳源可能來自深部的巖漿熱液。

表2 皇城山銀礦床硫同位素組成特征

由上表述，本區(qū)的銀、鉛、鋅碳等主要成礦物質(zhì)來自火山巖和巖漿熱液，硫則來自火山巖巖漿熱液和原生雨水。

2.3 成礦水介質(zhì)來源

根據(jù)該礦床方鉛礦的Sb/Ag比(0.507 )與浙江火山巖區(qū)羅山金銀礦床 Sb/Ag比(0.4352)最為相近（表 3），黃鐵礦的鐵、硫含量與理論值對比略富鐵虧硫，Co/Ni比(2.833)、S/Se比約15萬，與浙江銀坑山火山巖型金(銀)礦床最相近(銀坑山Co/Ni比值2.67、S/Se比值7～25萬)， 反映該銀礦床成因為火山熱液型。

圖4 計算和測定的與礦物平衡的成礦流體H2O氫氧同位素成份

表3 皇城山銀礦床與其它礦床方鉛礦中Sb/Ag比值對比表

表4 研究區(qū)典型礦床流體H、O同位素組成特征

測得硅英質(zhì)銀礦石中的石英包裹體中水的δD為-106.07‰、δ18O7.37‰～10.59‰、δ18OH。O為-3.30‰～-6.52‰，礦體圍巖凝灰?guī)r中的脈狀方解石的δ18O為12.59‰、δ18OH。O為23.81‰，表4中列出了典型礦床石英流體包裹體δD/‰測定值及與流體平衡時的石英δ18O/‰。根據(jù)礦物-水體系的氧同位素分餾方程：10001nαQ－H2O＝3.38×106/T2-2.90 (Friedman and O’Neil，1977)和流體包裹體均一溫度計算獲得石英-水分餾系數(shù)，最終得到主成礦階段成礦流體δ18O/‰為-6.95‰和-3.78‰。在δ18O/-δDfluid關(guān)系圖（圖 4）上，皇城山銀礦床的流體H、O同位素組成投影點(diǎn)明顯向大氣降水線漂移，顯示成礦流體具有明顯的巖漿水和大氣降水混合源性質(zhì)[3]。

2.4 成礦水介質(zhì)性質(zhì)

據(jù)礦床的流體包裹體化學(xué)成分得知，本礦床的成礦流體系SO4--Ca型或SO4--K型礦液。礦液具有SO4作用顯著(SO4/Cl比值遠(yuǎn)大于1)、Cl大于F、Ca明顯大于Mg、Na/(Ca+Mg )比值介于0.01～O.2之間等特點(diǎn)。在氣相成分上.具有H20、O2、N2、CO2,、CO為主要成分，而CH4、H2含量極微的特點(diǎn)。與淺成火山熱液型金礦床相比，本銀礦床具有 CO2/H2O比值高（金礦床為 0.O2～O.03，本礦床為O.038 ～0.076)、CO2/ (CH4+H2)比值低(金礦床為200～300，本礦床為37.93～ll2.17)的特點(diǎn)。有意義的是，本礦床包裹體中的(CO2+CO)、(O2+N2)含量和CO2/H2O比值與石英中的銀、金含量呈正消長關(guān)系[2]。

表5 皇城山銀礦床包裹體成分特征

表6 皇城山石英包裹體成分當(dāng)量百分?jǐn)?shù)

在成礦階段發(fā)育低價鐵的黃鐵礦化、絹云母化、碳酸鹽化、未見高價鐵的氧化物、少硫酸鹽礦物出現(xiàn)，表明成礦水介質(zhì)為電離勢較高的弱堿性溶液。

方鉛礦、輝銀礦等硫化物、銀硫化物充填在石英晶隙中，其形態(tài)受石英晶隙的控制，除反映礦床交代成礦作用不十分強(qiáng)烈外，也表明成礦水介質(zhì)為pH值不很大(弱堿性)的富氣水熱液[2]。

從Fe-S-O體系礦物共生組臺來看，本礦床產(chǎn)有重晶石、黃鐵礦、方解石，而未見磁黃鐵礦產(chǎn)出，表明成礦時礦石沉淀的化學(xué)環(huán)境處于氧化勢較高的區(qū)間。

在淺部富游離氧的氧化環(huán)境中[SO4]2-的比例相應(yīng)大于 S2-的比例，在富[SO4]2-的條件下 Zn2+、Fe2+等溶解度很大而不易沉淀，只有Pb2+及部分Fe2+同S2-結(jié)合呈硫化物沉淀，這是造成本銀礦床貧硫化物的主要原因之一[3]。

表7 皇城山石英包裹體某些特征比值含礦性特征

2.5 成礦期次的劃分

皇城山銀礦成礦作用經(jīng)歷了熱液期和表生氧化期。根據(jù)礦石組構(gòu)及組合特征，熱液成礦期大致劃分3個成礦階段：①黃鐵礦—硅化石英巖階段：對應(yīng)于早期硅化作用，發(fā)生較弱的黃鐵礦化。熱液流體經(jīng)過對堿金屬元素的淋濾由酸性演化為偏堿性；②多金屬硫化物—硅化石英巖階段：對應(yīng)于中期硅化，為主成礦階段。熱液作用表現(xiàn)為早階段石英在堿性熱液作用下溶解和金屬硫化物沉淀。隨后的溫度降低和循環(huán)地下水的加入最終SiO2因過飽和而沉淀，且結(jié)晶程度很低；③角礫巖化階段：早階段形成的硅化石英巖角礫巖化，0線以北至3線180m標(biāo)高發(fā)育，角礫棱角明顯，并被隱晶質(zhì)SiO2膠結(jié)，但基本無交代作用。伴隨弱的黃鐵礦化。這種角礫巖屬熱液角礫巖。其形成可能是由于硅化石英巖的沉淀作用導(dǎo)致斷裂彌合，從而造成熱液體系超壓和爆發(fā)作用。由于熱液體系溫度降低，僅發(fā)生充填膠結(jié)，基本未發(fā)生交代現(xiàn)象。這種裂隙封閉和熱液角礫巖化現(xiàn)象是地?zé)狍w系和淺成低溫?zé)嵋后w系的常見現(xiàn)象。

3 成礦作用探討

皇城山銀礦成礦作用發(fā)生在大別造山帶135Ma左右的構(gòu)造轉(zhuǎn)換時期大規(guī)模酸性火山巖漿噴發(fā)作用環(huán)境。大面積硅化次生石英巖顯示火山氣液在較大地區(qū)范圍的匯流與擴(kuò)散。大量地質(zhì)事實證實，次生石英巖發(fā)育程度與地表火山作用的強(qiáng)烈程度及其產(chǎn)物的酸性程度密切相關(guān)，明顯與地表或近地表的酸性及中性火山作用過程有成因聯(lián)系。而且，次生石英巖的發(fā)育范圍與火山作用活動范圍基本一致，個別地段僅發(fā)育在火山巖地帶。在大別山北麓信陽—霍山中生代火山巖帶中，相對于其他地區(qū)，皇城山—上天梯一帶中酸性火山噴發(fā)作用最為強(qiáng)烈，以大量發(fā)育流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為特征。酸性巖漿由于粘度大，較容易形成近地表中間巖漿房，具有良好的“熱機(jī)”作用，從而形成近地表天水的對流循環(huán)系統(tǒng)。同時巖漿熱液體系本身加入部分揮發(fā)份和成礦金屬元素，為成礦提供必要的物質(zhì)供給。

4 找礦意義及找礦標(biāo)志

1）中酸性火山巖漿活動強(qiáng)烈地區(qū)是尋找這類礦床的重點(diǎn)地區(qū)。找礦范圍限于火山噴發(fā)范圍及其附近。緊靠火山噴發(fā)中心地區(qū)，由于火山氣液通過噴發(fā)而散失，因此不利于成礦。而火山活動中心外圍枝杈狀裂隙發(fā)育地段是成礦的有利地段[3]。

2）對于淺成—近地表低溫?zé)嵋旱V床，應(yīng)綜合考慮成礦深度與剝蝕深度。強(qiáng)烈剝蝕地區(qū)一般不利于尋找這類礦床。

3）氧化露頭及風(fēng)化地貌特征可以提供重要找礦信息。石英巖化形成的塊狀石英巖，致密堅硬具有強(qiáng)抗風(fēng)化能力，經(jīng)過長期差異風(fēng)化多形成相對突起的地貌特征，如皇城山銀礦主礦體即沿皇城山山梁分布。這些地貌特征可以提供重要的找礦信息。

4）Ag、Pb、Sb、Zn等低溫元素組合異常是找礦的直接指示標(biāo)志[3]。

5）淺成低溫?zé)嵋盒偷V床在空間上通常與潛火山或斑巖熱液體系關(guān)系密切，因此，對于在該地區(qū)尋找斑巖熱液成礦體系具有一定指示意義。

[1] 林世南，等.河南省羅山縣皇城山銀礦區(qū)初步勘探地質(zhì)報告[R].1987.

[2] 林世南，彭翼，等.河南省羅山縣皇城山銀礦床成因及成礦規(guī)律研究報告[R].1988.

[3] 萬守全，任愛琴，等.河南省羅山縣皇城山地區(qū)銀多金屬礦成礦預(yù)測研究報告[R].2010.

[4] 肖從輝.皇城山銀礦床成因探討[J].河南地質(zhì)，1991，9（3）：6～9.